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Richard P. Feynman

Vom Wesen physikalischer GesetzeVorwort zur deutschen Ausgabe von Rudolf Mbauer Aus dem Amerikanischen von Siglinde Summerer und Gerda Kurz Mit 33 Abbildungen

Piper Mnchen Zrich

Wissenschaftliche Beratung fr die deutsche Ausgabe: Johann Plankl Das Umschlagfoto zeigt den Autor whrend eines Vortrags an der Universitt Wuppertal im Jahr 1977. Die Originalausgabe erschien 1967 unter dem Titel The Character of Physical Law bei The M.I.T.Press, Cambridge/Massachusetts und London.

ISBN 3-492-03321-0 1965 by Richard Feynman Deutsche Ausgabe: R. Piper GmbH & Co. KG, Mnchen 1990 Gesetzt aus der Times-Antiqua Satz: Fotosatz Otto Gutfreund, Darmstadt Druck und Bindung: May & Co, Darmstadt Printed in Germany

Der 1988 verstorbene Physik-Nobelpreistrger erreichte einen groen Leserkreis mit seinen vergnglichen Erinnerungen (Sie belieben wohl zu scherzen, Mr. Feynman?). Jetzt hat der Verlag einen sehr alten (1964) Vorlesungszyklus bersetzen lassen, der sich nicht an Physiker wendete, aber auch nicht an wirkliche Laien. Feynman greift bestimmte physikalische Prinzipien und Grundgesetze heraus (u.a. die Schwerkraft, Erhaltungsstze, Symmetrieprinzipien, die Zeit und die Unbestimmtheit in der Quantenmechanik), die er gedanklich verknpft und beschreibt. Im 2. Kapitel beleuchtet er die Beziehung zwischen Mathematik und Physik und zeigt, da es ohne Mathematik nicht geht.

Vorwort zur deutschen Ausgabe

Zu den Hhepunkten im Leben einer amerikanischen Universitt zhlen zweifellos jene Veranstaltungen, bei denen auswrtige Redner ber Themen von allgemeinem Interesse berichten. Solche Vortrge oder Vortragsserien, die sich vielleicht mit der Bezeichnung Studium Generale umschreiben lassen, sind bei Studenten und Professoren gleichermaen beliebt, vermitteln sie doch, ber den Horizont der eigenen Ttigkeit hinausgehend, Einblicke in andere Wissensbereiche und in bergeordnete Zusammenhnge. Ein Beispiel hierfr sind die alljhrlich veranstalteten Messenger Lectures an der Cornell-Universitt in Ithaca (Staat New York), einer jener privaten amerikanischen Universitten, die landesweit die Standards setzen, an denen sich auch staatliche Universitten messen lassen mssen. Es war im Jahre 1964, als Richard Feynman, Professor fr Theoretische Physik an dem gleichfalls privaten California Institute of Technology, an seine ehemalige Hochschule in Ithaca zurckkehrte, um dort im Rahmen von sieben Messenger Lectures ber das Wesen physikalischer Gesetze zu berichten. Richard Feynman, oder Dick Feynman, war einer der Giganten der Physik dieses Jahrhunderts. Sein enormes weltweites Ansehen resultierte nicht nur aus seiner wissenschaftlichen Ttigkeit, sondern beruhte auch auf seinem groen didaktischen Geschick, das gleichermaen Kollegen, Studenten und eine allgemeine ffentlichkeit in seinen Bann ziehen konnte. Zu seinen wissenschaftlichen Arbeiten zhlen neben seinen fundamentalen Beitrgen zur Entwicklung der Quantenelektrodynamik, die ihm 1965 zusammen mit Tomonaga und Schwinger den Nobelpreis eingebracht haben,

seine gleichermaen fundamentalen Beitrge zur Theorie der schwachen Wechselwirkung und zu vielen anderen Bereichen der Physik, insbesondere die von ihm entwickelten berhmten Feynman-Diagramme, die heute in jedem Laboratorium zur bersichtlichen graphischen Beschreibung und zur mathematischen Formulierung von Reaktionen und Wechselwirkungen verwendet werden. Generationen von Studenten in aller Welt bentzen fr ihr Studium die berhmten Feynman Lectures. Sie sind ein ganz ungewhnlich gut durchdachter Querschnitt durch die Grundlagen der Physik. Die ungeheure, ihm auch von den Studenten entgegengebrachte Wertschtzung und Verehrung fand ihren Ausdruck in einem riesigen Banner, das die Studenten seiner Hochschule am Morgen nach seinem Todestag am Turm der Bibliothek anbrachten und das die Aufschrift trug: We love you Dick. Ein wesentlicher Teilaspekt seiner vielfltigen Persnlichkeit war die einmalige Fhigkeit, sein tiefgehendes Verstndnis physikalischer Phnomene und seine fundamentalen Einsichten an Kollegen und Schler weiterzugeben. Auch die hier prsentierten Vorlesungen geben Zeugnis von seinen auerordentlichen didaktischen Fhigkeiten. Jeder, der wie der Autor dieser Zeilen das Glck hatte, in seiner Nhe zu arbeiten, kann den ungeheuren Verlust ermessen, den die gesamte wissenschaftliche Welt erlitt, als Dick Feynman am 15. Februar 1988 im Alter von 70 Jahren von uns ging. Er war ein ganz ungewhnlicher theoretischer Physiker, der nicht nur souvern die mathematischen Hilfsmittel seines Metiers zu handhaben wute, sondern darber hinaus auch laufend bemht war, eine bertragung abstrakter physikalischer Gedankengnge in eine anschauliche und allgemein verstndliche Sprache vorzunehmen. Es ist ja hufig ein langer Weg von der Entdeckung einer neuen physikalischen

Erscheinung oder einer neuen Theorie bis hin zu ihrem vollstndigen Verstndnis. Die berhmte Strahlungsformel von Max Planck, zunchst auf mathematischer Grundlage entstanden und erst sehr viel spter in ihrem physikalischen Gehalt erkannt, ist hierfr ein bekanntes Beispiel. Hufig ist es dann nochmals ein weiter Weg bis zu einer anschaulichen Interpretation lngst bekannter physikalischer Sachverhalte. Musterbeispiele hierfr sind die Interpretationen der Einsteinschen Theorien der Relativitt. Feynman war ber alle Maen befhigt und auch willens, komplizierte physikalische Gedankengnge auf einfache Weise zu deuten. Sein fortlaufendes Bemhen, physikalische Prozesse zu durchdenken, war eng verknpft mit seiner Bereitschaft, zu jeder Zeit ber jedes beliebige Problem zu diskutieren. Berhmt war ein wchentliches Seminar, bei dem die Teilnehmer aufgefordert waren, wissenschaftliche Fragen zu stellen, deren Beantwortung er dann ohne jede Vorbereitung aus dem Stegreif formulierte. Gleich am ersten Tag nach Aufnahme meiner eigenen Ttigkeit in Pasadena berschttete mich Dick bei einem Mittagessen geradezu mit Vorschlgen fr neue Experimente, wobei ich damals groe Mhe hatte, seinem amerikanischen Akzent zu folgen. Bereits eine Woche spter verbrachte ich einen ganzen Tag in dem mit einer groen Wandtafel ausgestatteten Keller seines Hauses, um seine Hilfe fr die Lsung offener Probleme in Anspruch zu nehmen. Er als Theoretiker untersagte mir bei diesen Diskussionen zu meinem grten Erstaunen die Verwendung von mathematischen Formulierungen mit der Begrndung, da die Mathematik ja dann nachgeholt werden knne, wenn die Lsungen erst einmal klar wren. Dies war typisch fr seine intuitive Denkweise, die ihn auch fr uns Experimentalphysiker zu einem idealen Gesprchspartner machte. Ungeachtet seines

leidenschaftlichen Engagements im Bereich der Physik, war Feynman keineswegs ein einseitig orientierter Mensch. Zu seinen vielen Aktivitten gehrte unter anderem auch ein einjhriger Aufenthalt als Student am Biologie-Department seiner kalifornischen Hochschule, zhlte sein professionell betriebenes Studium des Aktzeichnens ebenso wie seine effiziente Teilnahme an der Untersuchungskommission zur Aufklrung der Ursachen des Absturzes der amerikanischen Raumfhre Challenger. Angesichts der inzwischen verstrichenen 26 Jahre entsprechen die hier in bersetzung vorliegenden Messenger Lectures aus dem Jahre 1964 ihrem Inhalt nach natrlich nicht berall dem neuesten Stand. So gab es damals eine Flle von Elementarteilchen, und es war noch nicht bekannt, da alle diese Teilchen sich auf eine kleine Zahl von Grundbausteinen, die sogenannten Quarks und die Leptonen, zurckfhren lassen. Ebenfalls noch nicht entwickelt waren die modernen Eichtheorien, die heute eine entscheidende Rolle bei der Deutung der in der Natur auftretenden Wechselwirkungen spielen. Feynmans Vortrge beschftigen sich jedoch in erster Linie mit den hinter den physikalischen Gesetzen stehenden bergeordneten Prinzipien. Eben solche Prinzipien sind heute noch gltig, wenn auch ihre Erforschung in der Zwischenzeit groe Fortschritte gemacht hat, Fortschritte, an denen Feynman einen nicht unwesentlichen Anteil hat. Fr die meisten Menschen, die Physik in ihrer Gymnasialzeit erleben durften oder muten, ist dieses Fach sicher ein Sammelsurium von unzusammenhngenden Erscheinungen geblieben. Es hat bei vielen gerade deswegen einen abschreckenden Eindruck hinterlassen. Auch mir ist es in dieser Hinsicht nicht anders gegangen, und wenn ich dennoch Physik studiert habe, so lag dies nur daran, da ich doch irgendwie das Gefhl hatte, hinter

dem Ganzen msse mehr an Ordnung und Schnheit herrschen, als in der Schule vermittelt wurde. Es sind gerade diese ordnenden Prinzipien, die Feynman in seinen Messenger Lectures einem allgemeinen akademischen Publikum nahebringen wollte. Werner Heisenberg machte den vergeblichen Versuch, die ganze Physik auf eine Weltformel zurckzufhren. Dick Feynman ist hier bescheidener, aber auch realistischer. Zwar ist er durchaus der Meinung, da die zwei Kulturen C. P. Snows letztlich dadurch entstanden sind, da ein Verstndnis naturwissenschaftlicher Prozesse nur auf mathematischer Basis mglich ist und diese damit fr eine der beiden Kulturen notwendig ein Buch mit sieben Siegeln bleiben. Doch versteht er es in seinen hier prsentierten Vorlesungen meisterhaft, unter fast vollstndiger Vermeidung mathematischer Begriffe dem Leser darzulegen, welche allgemeinen Prinzipien hinter jenen Naturgesetzen stehen, wie wir sie heute kennen. Feynman befleiigte sich in allen seinen verbalen uerungen nie einer hochgestochenen Sprache. Er drckte sich immer einfach und klar aus. Seine Vortrge waren nie akademischwrdevoll, sie boten vielmehr ein sprhendes Feuerwerk von Gedanken und Ideen, das seine Zuhrer intellektuell anregen und zu Begeisterungsstr men hinreien konnte. Leider kann das geschriebene Wort nur einen matten Abglanz von der Wirkung dieses ungewhnlichen Lehrers und Wissenschaftlers vermitteln, der fr alle, die ihn erleben durften, Vorbild war und dies auch immer bleiben wird. Garching, im Mrz

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